第1章概論(介紹組成原理課程)

E-mail:fengyuchung@163.com計(jì)算機(jī)組成與架構(gòu)成都學(xué)院馮裕忠

莫指望生活是公平的Don’texpectlifetobefair.

本課堂要求：

1、每次上課點(diǎn)名（實(shí)行抽點(diǎn)）；對(duì)有礙于課堂教學(xué)者，將被請(qǐng)出教室。

2、按系里規(guī)定無(wú)故缺課三次則取消期末考試資格(而無(wú)補(bǔ)考機(jī)會(huì))。

3、缺課者必須請(qǐng)假，病假需有醫(yī)生證明。

4、學(xué)生應(yīng)該主動(dòng)擦黑板。一、學(xué)習(xí)目的和任務(wù)目的：使同學(xué)們能在計(jì)算機(jī)硬件和軟件系統(tǒng)的分析、研究和開(kāi)發(fā)等方面打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。一、學(xué)習(xí)目的和任務(wù)任務(wù)：使同學(xué)們掌握計(jì)算機(jī)組成部件的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及將各部件連接成整機(jī)的方法，強(qiáng)調(diào)建立CPU級(jí)和硬件系統(tǒng)級(jí)的整機(jī)概念，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的分析、開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的能力。

二、課程定位先修課程：信息技術(shù)導(dǎo)論、數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)后繼課程：微機(jī)原理與接口單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)等操作系統(tǒng)匯編(或高級(jí))語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)等硬件系列課程；軟件課程。

三、教學(xué)特點(diǎn)1、以一模型機(jī)為背景討論基本原理，適當(dāng)輻射實(shí)用機(jī)型。2、討論硬件組成時(shí)，在寄存器級(jí)進(jìn)行分析。四、教學(xué)安排教學(xué)思路：

CPU主機(jī)計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)課堂教學(xué)：56學(xué)時(shí)(14周)實(shí)驗(yàn)：4學(xué)時(shí)(課內(nèi))+16學(xué)時(shí)(課外)五、課程知識(shí)體系，主要內(nèi)容講述計(jì)算機(jī)單機(jī)系統(tǒng)的硬件組成。五大功能部件的工作原理、邏輯實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)方法及相互連接構(gòu)成整機(jī)的方法。強(qiáng)調(diào)兩個(gè)層次的整機(jī)概念：CPU整機(jī)概念硬件系統(tǒng)整機(jī)概念緊緊抓住各部件之間的信息傳送方式和傳送途徑。CPU中有什么？CPU怎么工作的？還有什么其它硬件系統(tǒng)？這些硬件如何與主機(jī)傳送數(shù)據(jù)？六、學(xué)習(xí)方法抓住重點(diǎn)，解決難點(diǎn)：

CPU部分（通路結(jié)構(gòu)、指令流程）存儲(chǔ)器部分（邏輯設(shè)計(jì)）

I/O系統(tǒng)部分（中斷機(jī)制及其接口設(shè)計(jì)）七、考核方式平時(shí)作業(yè)（主要是考勤和課堂提問(wèn)）實(shí)驗(yàn)成績(jī)期末考試20％20％60％八、教材及參考資料教材：《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》羅福強(qiáng)、馮裕忠茹鵬編著人民郵電出版社出版

（1）《計(jì)算機(jī)組成與結(jié)構(gòu)》，王愛(ài)英主編，清華大學(xué)出版社，1990.10（2）《計(jì)算機(jī)組成原理》，羅克露等編，電子工業(yè)出版社，2006.7（3）《從8086到PentiumⅢ微型計(jì)算機(jī)及接口技術(shù)》，馬維華等編，科學(xué)出版社，2000.2（4）《ComputerArithmeticPrinciples，ArchitectureAndDesign》KaiHwang參考資料：精品課程網(wǎng)址：從學(xué)校精品課程網(wǎng)站進(jìn)入

計(jì)算機(jī)硬件的組成及各組成部分的功能計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)的組成及程序運(yùn)行過(guò)程計(jì)算機(jī)中信息表示及內(nèi)存地址等概念難點(diǎn)：重點(diǎn)：計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的組成及工作原理計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)的表示及運(yùn)算

第1章計(jì)算機(jī)系統(tǒng)概念

計(jì)算機(jī)基本情況的簡(jiǎn)介一、計(jì)算機(jī)的發(fā)展計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷史粗略地分為三個(gè)階段：近代計(jì)算機(jī)或稱機(jī)械式計(jì)算機(jī)發(fā)展階段?，F(xiàn)代大型機(jī)或稱傳統(tǒng)大型主機(jī)的發(fā)展階段。微機(jī)的發(fā)展階段。屈指記數(shù)投石記數(shù)結(jié)繩記數(shù)算盤計(jì)算尺…………一、近代計(jì)算機(jī)（1）1642年法國(guó)物理學(xué)家帕斯卡發(fā)明了機(jī)械式加減法器。帕斯卡認(rèn)為：人的某些思維過(guò)程與機(jī)械過(guò)程沒(méi)有差別，因此可以設(shè)想用機(jī)械模擬人的思維過(guò)程。計(jì)算機(jī)的發(fā)展史（3）1812年英國(guó)數(shù)學(xué)教授巴貝奇設(shè)計(jì)出一臺(tái)名為差分機(jī)的機(jī)器，并于1822年制成了差分機(jī)樣機(jī)。1834年他構(gòu)想出了名為分析機(jī)的自動(dòng)運(yùn)算機(jī)器。（2）1673年德國(guó)數(shù)學(xué)家萊布尼茲發(fā)明了乘法計(jì)算機(jī)，他受中國(guó)易經(jīng)八卦的影響最早提出二進(jìn)制運(yùn)算法則。萊布尼茲乘法計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)之父——巴貝奇差分機(jī)分析機(jī)（4）1936年美國(guó)數(shù)學(xué)家霍華德.艾肯提出用機(jī)電的方法而不是純機(jī)械的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)分析機(jī)的想法。1944年他在IBM公司的資助下，成功研制了MarkI計(jì)算機(jī)。

二、現(xiàn)代計(jì)算機(jī)

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)經(jīng)歷了近50年的發(fā)展。在奠基方面，最重要的代表人物是英國(guó)科學(xué)家艾蘭.圖靈(AlanM.Turing)和美藉匈牙利數(shù)學(xué)家馮.諾依曼(JohnvonNeumann)。

（2）馮·諾依曼：提出三個(gè)基本思想A、計(jì)算機(jī)從硬件角度分五大部分B、程序和數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)中用二進(jìn)制數(shù)表示C、計(jì)算機(jī)工作過(guò)程中，是由存儲(chǔ)程序控制的馮·諾依曼馮·諾依曼和他的同事們研制了世界上第二臺(tái)電子計(jì)算機(jī)EDVAC。（1）英國(guó)科學(xué)家艾蘭.圖靈。建立了圖靈機(jī)的理論模型，發(fā)展了可計(jì)算性理論，提出了定義機(jī)器智能的圖靈測(cè)試。圖靈機(jī)示意圖：

馮.諾依曼確立了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的基本結(jié)構(gòu)，被稱為馮.諾依曼結(jié)構(gòu)。其特點(diǎn)可概括如下：1、使用單一的處理部件來(lái)完成計(jì)算、存儲(chǔ)以及通信的工作。2、存儲(chǔ)單元是定長(zhǎng)的線性組織。3、存儲(chǔ)空間的單元是直接尋址的。4、使用低級(jí)機(jī)器語(yǔ)言，指令通過(guò)操作碼來(lái)完成簡(jiǎn)單的操作。5、計(jì)算進(jìn)行集中的順序控制。

三、微型計(jì)算機(jī)的劃代

以微型計(jì)算機(jī)CPU（微處理器）的字長(zhǎng)作為劃分階段的依據(jù)。IBM-PC開(kāi)始算起，已經(jīng)歷了5代。（1）IBM-PC/XT(Intel8088)（2）IBM-PC/AT(Intel80286ISA總線)（3）IBM-PC/2-50(Intel80386MCA總線)（4）Intel80486PCI總線（5）IntelPentium計(jì)算機(jī)時(shí)代的開(kāi)始：以1951年UNIVAC-Ⅰ投入運(yùn)行為標(biāo)志，第一臺(tái)批量生產(chǎn)的商用計(jì)算機(jī)，從此，計(jì)算機(jī)走向社會(huì)。

四、計(jì)算機(jī)發(fā)展階段（一）計(jì)算機(jī)的發(fā)展過(guò)程根據(jù)組成計(jì)算機(jī)元器件的不同而劃分●

計(jì)算機(jī)發(fā)展的六個(gè)重要時(shí)期

1.電子管計(jì)算機(jī)

2.晶體管計(jì)算機(jī)

3.集成電路計(jì)算機(jī)

4.大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)

5.智能計(jì)算機(jī)

6.生物計(jì)算機(jī)●

世界上第1臺(tái)計(jì)算機(jī)電子管●第1代電子管計(jì)算機(jī)(1946-1956)●名稱：ENIAC(ElectronicNumericalIntegratorandComputer)●目的：用于第二次世界大戰(zhàn)后期的彈道計(jì)算●誕生時(shí)間：1946年2月15日●誕生地：美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)ENIAC計(jì)算機(jī)●使用18000只電子管●1500個(gè)繼電器●占地面積170m2●重量30噸●耗電量140千瓦●第2代晶體管計(jì)算機(jī)(1957-1963)●

1947年，美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了晶體管，利用半導(dǎo)體鍺和硅制作的晶體管開(kāi)始用于計(jì)算機(jī)的制造上?！窬w管體積小，反應(yīng)速度快，使計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度和處理能力得到很大提高?！癯绦蛟O(shè)計(jì)方面●研制出通用的算法和語(yǔ)言●出現(xiàn)批處理操作系統(tǒng)●主要應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理和實(shí)時(shí)控制等方面晶體管●第3代集成電路計(jì)算機(jī)(1964-1971)蘋果(Apple)計(jì)算機(jī)●

1958年，美國(guó)德州儀器公司利用照像技術(shù)把多個(gè)晶體管和電路蝕刻在一塊硅片上，這種半導(dǎo)體集合體就是:“集成電路”——IC(IntegratedCircuit)●程序設(shè)計(jì)方面●提出“多道程序”和“分時(shí)系統(tǒng)”概念●出現(xiàn)了系列計(jì)算機(jī)、遠(yuǎn)程終端聯(lián)機(jī)系統(tǒng)●應(yīng)用于系統(tǒng)模擬、系統(tǒng)控制、智能模擬等新的領(lǐng)域●第4代大規(guī)模集成電路計(jì)算機(jī)(1971-)●大規(guī)模集成電路（LSI）、超大規(guī)模集成電路（VLSI）器件的使用是第四代計(jì)算機(jī)的主要標(biāo)志●應(yīng)用領(lǐng)域：軍事預(yù)警、尖端科學(xué)、航天科學(xué)、天氣預(yù)報(bào)等●第5代智能計(jì)算機(jī)●廣泛使用多媒體技術(shù)，使人們能夠用語(yǔ)音、圖像、視頻等更為自然的方式與計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息交互●硬件系統(tǒng)支持高度并行和快速推理，軟件系統(tǒng)能夠處理知識(shí)信息大、超大規(guī)模集成電路●第6代生物計(jì)算機(jī)●利用蛋白質(zhì)分子制造出基因芯片,研制生物計(jì)算機(jī)是當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的最前沿●阻抗低、能耗少、發(fā)熱量極小生物芯片功能強(qiáng)大的通用數(shù)字電子計(jì)算機(jī)

3.大中型計(jì)算機(jī)

2.小型計(jì)算機(jī)功能較強(qiáng),可以同時(shí)執(zhí)行多個(gè)任務(wù)

1.微型計(jì)算機(jī)

功能多樣的個(gè)人電子計(jì)算機(jī)

4.超級(jí)計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度最快、存儲(chǔ)容量最大、功能最完善筆記本電腦●（二）體積大小、處理能力強(qiáng)弱標(biāo)準(zhǔn)劃分

掌上電腦1、微型化

體積更小，重量更輕，價(jià)格更便宜，且功能更強(qiáng)。

●（三）現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)2、巨型化

目前世界上還有很多領(lǐng)域，如國(guó)防、百年天氣預(yù)測(cè)和地震分析等，都需要功能更為強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)。

為中國(guó)x銀行的大型計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

為國(guó)家氣象中心的中期氣象預(yù)報(bào)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)3、網(wǎng)絡(luò)化（云計(jì)算）

將計(jì)算機(jī)連成網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的相互通信和資源共享。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)化的出現(xiàn)，掀起了電子計(jì)算機(jī)發(fā)展史上的第三次浪潮!

在第一次浪潮中，信息處理是關(guān)鍵。第二次浪潮的情景是每張桌子上擺有一臺(tái)計(jì)算機(jī)。第三次浪潮是把所有這些計(jì)算機(jī)都連接在一起。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展速度異常迅猛，全球網(wǎng)絡(luò)化時(shí)代的到來(lái)已經(jīng)到來(lái)!

（4）多媒體化

使人們面對(duì)圖、文、聲并茂的計(jì)算機(jī)信息。

（5）智能化

讓計(jì)算機(jī)能夠模仿人腦的功能，即對(duì)信息具有智能處理能力。五、

應(yīng)用領(lǐng)域科學(xué)計(jì)算信息管理●信息管理（1）銀行賬戶管理（2）郵局信息管理（3）圖書(shū)管理…●科學(xué)計(jì)算（1）天氣預(yù)報(bào)（2）軍事用途（3）科學(xué)研究…●人工智能●醫(yī)療和教育●電子商務(wù)智能機(jī)器人遠(yuǎn)程醫(yī)療網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物簡(jiǎn)單智能模式研究人類智能模式研究Internet國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)動(dòng)作特技●各種視覺(jué)效果特技視覺(jué)效果特技動(dòng)畫(huà)效果扭曲變形效果光線變化效果圖像變形效果仿真視覺(jué)效果●音響特技音響特技●midi音頻●

wav音頻●

mp3壓縮音頻合成電話音鐘表聲鋼琴曲素材合成數(shù)字音頻（月夜寒風(fēng)）六、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的硬件組成計(jì)算機(jī)內(nèi)部是怎樣構(gòu)成的呢？他怎么如此神奇？計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件系統(tǒng)軟件系統(tǒng)主機(jī)外部設(shè)備內(nèi)存CPU運(yùn)算器寄存器隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)只讀存儲(chǔ)器(ROM)外存儲(chǔ)器輸入/輸出設(shè)備（I/O設(shè)備）系統(tǒng)軟件(操作系統(tǒng)、語(yǔ)言處理程序等)應(yīng)用軟件(字處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等)控制器存儲(chǔ)器

硬件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)組成七、輸入設(shè)備鍵盤掃描鼠標(biāo)、手寫(xiě)1運(yùn)算器/控制器(CPU)2內(nèi)存儲(chǔ)器半導(dǎo)體存儲(chǔ)器3外存儲(chǔ)器軟盤光盤與驅(qū)動(dòng)器硬盤4輸出設(shè)備音頻輸出文字打印影像輸出5計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)

2014年5月：天河二號(hào)第3次被評(píng)為全球最快的計(jì)算機(jī)，比位列第二名的美國(guó)“泰坦”快了近一倍。其峰值速度和持續(xù)速度分別為每秒5.49億億次和每秒3.39億億次，這意味著，天河二號(hào)運(yùn)算1小時(shí)，相當(dāng)于13億人同時(shí)用計(jì)算器計(jì)算1000年。

我國(guó)的超級(jí)計(jì)算機(jī)“首先從2010年天河一號(hào)首次名列國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)排行榜第一名之后，我們國(guó)家正式跨入國(guó)際超級(jí)計(jì)算機(jī)研制的領(lǐng)先行業(yè)。美國(guó)、日本、中國(guó)形成交替領(lǐng)先，相互競(jìng)爭(zhēng)的態(tài)勢(shì)。天河二號(hào)能夠領(lǐng)先，

據(jù)排行榜，此次全球超級(jí)計(jì)算機(jī)五百?gòu)?qiáng)名單中的前五位排名沒(méi)有變化。在數(shù)量方面，此次中國(guó)大陸進(jìn)入500強(qiáng)的超級(jí)計(jì)算機(jī)達(dá)到76個(gè)，較前兩次再度增加，總數(shù)接近第三名英國(guó)、第五名法國(guó)和第六名德國(guó)之和。

超級(jí)計(jì)算機(jī)通常被用在需要應(yīng)對(duì)大量并行處理任務(wù)的項(xiàng)目當(dāng)中，其中包括基因組測(cè)序、天氣預(yù)報(bào)以及石油與天然氣勘探。除此之外，隨著大數(shù)據(jù)分析工作在企業(yè)環(huán)境下的逐步普及，眾多用戶也開(kāi)始對(duì)超級(jí)計(jì)算技術(shù)產(chǎn)生興趣。對(duì)于天河二號(hào)的應(yīng)用前景，“像商用大飛機(jī)的設(shè)計(jì)、高分辨率對(duì)地觀測(cè)、基因測(cè)序、生物醫(yī)藥等等，都獲得了很成功的應(yīng)用。C19大客機(jī)高精度的外流場(chǎng)、系統(tǒng)計(jì)算，在國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)了高精度、大規(guī)模的數(shù)字模擬，為國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的供給研制提供了關(guān)鍵的數(shù)據(jù)。中科院的上海藥物研究所，利用天河二號(hào)做新型的分子化合物的藥物設(shè)計(jì)，完成了600多個(gè)各種藥物的體內(nèi)外的活性測(cè)試評(píng)價(jià)。為惡性腫瘤、乙肝、糖尿病等這樣常見(jiàn)的重大疾病提供了新型的藥物化合物。天河二號(hào)更重要的方面，開(kāi)展了很好的國(guó)際合作，比如和德國(guó)慕尼黑工業(yè)大學(xué)等研究團(tuán)隊(duì)的合作，對(duì)1992年美國(guó)加州蘭德斯大地震進(jìn)行了模擬研究?！?.1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的基本組成輸入輸出設(shè)備存儲(chǔ)器運(yùn)算器控制器數(shù)據(jù)結(jié)果取數(shù)存數(shù)指令存取命令運(yùn)算命令輸入輸出命令圖1.1計(jì)算機(jī)系統(tǒng)到硬件組成1.1計(jì)算機(jī)硬件系統(tǒng)的組成及層次結(jié)構(gòu)

控制器主要由指令寄存器、譯碼器、程序計(jì)數(shù)器和操作控制器等組成。－從內(nèi)存中取指令和執(zhí)行指令。運(yùn)算器又稱算術(shù)邏輯單元(ArithmeticLogicUnit，簡(jiǎn)稱ALU)，它由加法器、寄存器、累加器等邏輯電路組成。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，算術(shù)邏輯運(yùn)算。（一）

控制器

（二）運(yùn)算器(ALU)

運(yùn)算器和控制器在邏輯關(guān)系和電路結(jié)構(gòu)上有十分緊密的聯(lián)系，特別是大規(guī)模集成電路中往往把這兩部分做在一塊芯片上，因此把它們稱為中央處理機(jī)（CentralProcessingUnit），簡(jiǎn)稱CPU。存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)的記憶和存儲(chǔ)部件，用來(lái)存放信息。存儲(chǔ)器性能衡量指標(biāo)：多功能性：存儲(chǔ)設(shè)備可以訪問(wèn)多種類型介質(zhì)上的數(shù)據(jù)持久性：數(shù)據(jù)是否容易出現(xiàn)丟失和破壞？容量：該存儲(chǔ)設(shè)備可以存儲(chǔ)的最大數(shù)據(jù)量訪問(wèn)速度：由訪問(wèn)時(shí)間和數(shù)據(jù)傳輸速率決定（三）存儲(chǔ)器1、主存儲(chǔ)器

1.存取數(shù)據(jù)的速度很快

2.只能臨時(shí)存放數(shù)據(jù)，不能長(zhǎng)久保存數(shù)據(jù)●主存儲(chǔ)器的特點(diǎn)

內(nèi)存儲(chǔ)器也稱主存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱主存)，它直接與CPU相連接，存儲(chǔ)容量較小，但速度快，用來(lái)存放當(dāng)前運(yùn)行程序的指令和數(shù)據(jù)，并直接與CPU交換信息。

有關(guān)內(nèi)存的幾個(gè)術(shù)語(yǔ)：（1）二進(jìn)制位(計(jì)算機(jī)中信息表示的最小單位，用bit：比特表示)。能夠代表0和1的一個(gè)二進(jìn)制電路稱為二進(jìn)制位，簡(jiǎn)稱位●內(nèi)存的存儲(chǔ)容量（單位B）內(nèi)存可以容納的二進(jìn)制數(shù)據(jù)量為內(nèi)存的存儲(chǔ)容量。內(nèi)存地址的二進(jìn)制數(shù)編碼長(zhǎng)度將決定內(nèi)存的存儲(chǔ)容量。

（2）字節(jié)（Byte：拜特，簡(jiǎn)稱B）——信息表示的基本單位

8位(Bit)=1個(gè)字節(jié)(Byte)，即：8Bit=1B

（3）信息表示的另外幾個(gè)常用單位：

千字節(jié)（KB或K）、兆字節(jié)（MB或M）千兆字節(jié)（GB或G）、兆兆字節(jié)（TB或T）

1KB=210=1024B 1MB=1024KB 1GB=1024MB 1TB=1024GB（4）字長(zhǎng)（WORDS）——或稱字，單位：位

CPU能夠直接處理的二進(jìn)制的位數(shù)。字長(zhǎng)越長(zhǎng)，指令數(shù)目越多，指令系統(tǒng)功能越強(qiáng)大。（5）地址：——存儲(chǔ)器單元的編號(hào)常常是以字節(jié)為編址單位即：每個(gè)字節(jié)都有地址

例如：地址從0101H—0105H之間的存儲(chǔ)空間是：

外存儲(chǔ)器又稱輔助存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱輔存)常用的外存有磁盤、磁帶、光盤等。

輸入／輸出設(shè)備簡(jiǎn)稱I／O(Input/Output)設(shè)備。常用的輸入設(shè)備有：鍵盤、鼠標(biāo)器、掃描儀、數(shù)字化儀等。常用的輸出設(shè)備有：顯示器、打印機(jī)、繪圖儀等。2、外存儲(chǔ)器(簡(jiǎn)稱外存或輔存)

3、輸入／輸出設(shè)備計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的核心,執(zhí)行處理數(shù)據(jù)指令的器件。（1）控制器：控制整個(gè)計(jì)算機(jī)的各個(gè)部件有條不紊地工作，它的基本功能是從內(nèi)存取指令和執(zhí)行指令。（2）運(yùn)算器：其功能是算術(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。1.中央處理器（CPU）CPU二、微型計(jì)算機(jī)中的硬件

CPU主流廠商：

Intel、IBM、AMD微機(jī)的ROM微機(jī)的RAM內(nèi)存插槽2．主板是安裝在微型計(jì)算機(jī)主機(jī)箱中的印刷電路板，這是連接CPU、內(nèi)存儲(chǔ)器、外存儲(chǔ)器、各種適配卡、外部設(shè)備的中心樞紐。（Mainboard）主板接口PS2鍵盤、鼠標(biāo)接口并行接口串行接口四個(gè)USB接口RJ45LAN接口3、內(nèi)存儲(chǔ)器：（簡(jiǎn)稱內(nèi)存或主存）半導(dǎo)體存儲(chǔ)器。

RAM（隨機(jī)存儲(chǔ)器）是用戶程序和數(shù)據(jù)使用的存儲(chǔ)器，斷電后，RAM中的信息隨之丟失。

ROM（只讀存儲(chǔ)器）是用來(lái)存放固定不變重復(fù)使用的程序和數(shù)據(jù)（如:BIOS），斷電后，ROM中的信息保持不變。

微機(jī)內(nèi)存條RAM4、外存儲(chǔ)器（又稱輔助存儲(chǔ)器）常用的外存儲(chǔ)器有：磁盤(軟盤、硬盤)、磁帶和光盤

（1）硬盤2—5/6

由若干個(gè)涂有磁性材料的鋁合金圓盤組成。它的特點(diǎn)是把磁頭、盤片及執(zhí)行機(jī)構(gòu)都密封在一個(gè)腔體內(nèi)，與外界環(huán)境隔絕。采用這種技術(shù)的硬盤稱為溫徹斯特盤。

硬磁盤的兩個(gè)主要性能指標(biāo)：平均尋道時(shí)間（ms)和數(shù)據(jù)傳輸率(MB/s）指硬盤接到讀/寫(xiě)指令后到磁頭移到指定的磁道上所需要的平均時(shí)間。（2）磁帶——順序存取設(shè)備。（3）光盤——是利用光學(xué)方式進(jìn)行讀寫(xiě)信息的園盤。常用的光盤存儲(chǔ)器可分成以下幾種類型

CD—ROM（只讀光盤，容量可達(dá)650M）

MO（磁光盤）——是一種具有磁盤性質(zhì)的可擦寫(xiě)光盤

CD—R（一次性可寫(xiě)入光盤）

CD—RW——是一種可以隨時(shí)刪除和寫(xiě)入的光盤。

DVD—ROM——通用數(shù)字光盤，比CD—ROM采用較短的激光波長(zhǎng)，DVD—ROM標(biāo)準(zhǔn)向下兼容，容量比CD—ROM大，單面容量為4.7G。(5)電子存儲(chǔ)器（優(yōu)盤、USB閃存存儲(chǔ)器）

USB（UniversalSerialBus—通用串行總線）的組成（微機(jī)與單片機(jī)原理及應(yīng)用一書(shū)）USB電纜：VBUS(紅）D+（綠）D—（白）GND（黑）USB有4根線：其中D+、D-是信號(hào)線，Vbus和GND是電源、地。

1.1.3計(jì)算機(jī)的軟件組成

硬件和軟件的關(guān)系

應(yīng)用軟件用戶應(yīng)用軟件其他系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)硬件計(jì)算機(jī)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)軟件應(yīng)用軟件計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)軟件是為了使計(jì)算機(jī)能夠正常高效地工作所配備的各種管理、監(jiān)控和維護(hù)系統(tǒng)的程序及有關(guān)的資料。應(yīng)用軟件是為解決各種實(shí)際問(wèn)題而編制的應(yīng)用程序及有關(guān)資料的總稱。應(yīng)用軟件可以在市場(chǎng)上購(gòu)買，也可以自己開(kāi)發(fā)。通常由計(jì)算機(jī)廠家或?qū)ｉT的軟件廠家提供，是計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行不可缺少的部分。也有一些系統(tǒng)軟件是幫助用戶進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的軟件。常用的應(yīng)用軟件包括：文字處理軟件如Word、PageMaker等；電子表格軟件如Excel等；繪圖軟件如AutoCAD、3DS等。課件制作軟件如PowerPoint、Authorware等。還有教育培訓(xùn)軟件、娛樂(lè)軟件、財(cái)務(wù)管理軟件等也都屬于應(yīng)用軟件的范疇。

指令（Instruction）就是一組計(jì)算機(jī)能識(shí)別并能執(zhí)行的各種基本操作命令。指令構(gòu)成如圖示：操作碼操作數(shù)指令系統(tǒng)（InstructionSystem）是一臺(tái)計(jì)算機(jī)的所有指令的集合。指令系統(tǒng)反映了計(jì)算機(jī)的基本功能，不同的計(jì)算機(jī)其指令系統(tǒng)不盡相同。程序（Program）是為解決某一問(wèn)題而選用的一條條有序指令的集合。程序具有目的性、分步性、有序性、分支性等特性。操作碼指明該指令要完成的操作，如加、減、乘、除。操作數(shù)是指參加運(yùn)算的數(shù)據(jù)或者數(shù)據(jù)所在的地址。

指令、指令系統(tǒng)和程序的概念

CPU發(fā)出命令CPu②CPU對(duì)該指令進(jìn)行分析譯碼內(nèi)存內(nèi)存送出所需指令程序存放在內(nèi)存中系統(tǒng)總線

二、計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的過(guò)程計(jì)算機(jī)執(zhí)行指令的過(guò)程演示如下：①將要執(zhí)行的指令從內(nèi)存調(diào)入CPU③判斷該指令所要完成的操作，然后向相應(yīng)部件發(fā)出完成操作的控制信號(hào)，從而完成該指令的功能。系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)編譯程序解釋程序連接程序網(wǎng)絡(luò)通訊軟件系統(tǒng)服務(wù)性程序

計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，也稱為程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言,是人與計(jì)算機(jī)交流信息的一種語(yǔ)言。

人與計(jì)算機(jī)的聯(lián)系，必須使用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言。使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序，計(jì)算機(jī)可以識(shí)別并執(zhí)行相應(yīng)的操作，幫助人們解決實(shí)際問(wèn)題。程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言通常分為機(jī)器語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言和高級(jí)語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)語(yǔ)言幫我算下這些學(xué)生的平均分?。空?qǐng)用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言告訴我⑴機(jī)器語(yǔ)言：

是一種二進(jìn)制語(yǔ)言，每條語(yǔ)句都是二進(jìn)制數(shù)碼表示的指令。優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)能直接識(shí)別，運(yùn)行速度快。缺點(diǎn)：難懂、難寫(xiě)、難記，難以修改和維護(hù)，沒(méi)有通用性（不同計(jì)算機(jī)指令系統(tǒng)不同）。0011010110100111011101001……程序員⑵匯編語(yǔ)言：是一種和機(jī)器語(yǔ)言一一對(duì)應(yīng)的符號(hào)化的語(yǔ)言，由機(jī)器語(yǔ)言符號(hào)化而來(lái)，用助記符和符號(hào)地址來(lái)表示指令。如：ADD表示加法，MOVE表示傳送。優(yōu)點(diǎn)：較直觀、易懂、易用、執(zhí)行速度快，占用內(nèi)存空間少。缺點(diǎn)：各種機(jī)器不通用。⑶高級(jí)語(yǔ)言：是一種與硬件結(jié)構(gòu)及指令系統(tǒng)無(wú)關(guān)，表達(dá)方式較接近自然語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。如FORTRAN、PASCAL、C、BASIC等優(yōu)點(diǎn)：描述問(wèn)題能力強(qiáng)，通用性、可讀性、可維護(hù)性都較好。缺點(diǎn)：執(zhí)行速度較慢，編制訪問(wèn)硬件資源的系統(tǒng)軟件較難。高級(jí)語(yǔ)言的發(fā)明是計(jì)算機(jī)發(fā)展史上最驚人的成就。高級(jí)語(yǔ)言的種類：FORTRAN（FORmulaTRANslator）BASIC（BeginnersAllpurposeSymbolicInstructionCode）PASCALC、C++、C#DELPHI、VC++、VB、VFP、PBJAVAHTML、XMLASP、JSP、PHP3、計(jì)算機(jī)語(yǔ)言處理程序

（1）源程序——用高級(jí)語(yǔ)言或匯編語(yǔ)言編寫(xiě)的程序。

（2）目標(biāo)程序——把源程序翻譯成的機(jī)器語(yǔ)言程序。

（3）匯編

——把匯編語(yǔ)言源程序翻譯成機(jī)器語(yǔ)言程序的過(guò)程。

所使用的翻譯程序稱為匯編程序。

（4）解釋——把高級(jí)語(yǔ)言源程序逐句翻譯，翻譯一句執(zhí)行一句，

邊翻譯邊執(zhí)行。解釋執(zhí)行所用的程序稱解釋程序。

（5）編譯——把高級(jí)語(yǔ)言源程序的整個(gè)程序翻譯成等價(jià)的獨(dú)立的目標(biāo)程序。翻譯所用的程序稱為編譯程序。

（6）連接——把目標(biāo)程序以及所需的功能庫(kù)轉(zhuǎn)換成一個(gè)可執(zhí)行的程序。連接所用的程序叫連接程序。源程序可執(zhí)行程序目標(biāo)程序編輯程序匯編或編譯程序連接程序程序的匯編或編譯執(zhí)行過(guò)程三、應(yīng)用軟件

解決具體問(wèn)題的程序。

1、文字處理軟件 Word等。

2、表格處理軟件Excel、Lotus1-2-3等。

3、輔助設(shè)計(jì)軟件AutoCAD 4、各種計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)軟件（CAI）

5、實(shí)時(shí)控制軟件

1.1.5

計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)和性能指標(biāo)一、

計(jì)算機(jī)的工作特點(diǎn)

53/4速度快——計(jì)算機(jī)的運(yùn)行速度以MIPS衡量

（MIPS每秒可執(zhí)行的百萬(wàn)條指令）計(jì)算精度高——主要取決于計(jì)算機(jī)的字長(zhǎng)記憶能力強(qiáng)——有存儲(chǔ)器可靠的邏輯判斷能力——能進(jìn)行邏輯運(yùn)算有自動(dòng)控制能力——具有程序控制下的自動(dòng)執(zhí)行能力通用性好數(shù)字計(jì)算、圖形圖像處理、聲音動(dòng)漫、邏輯推理

二、

計(jì)算機(jī)主要性能指標(biāo)1、基本字長(zhǎng)基本字長(zhǎng)是指CPU一次性能傳送或處理的二進(jìn)制代碼的位數(shù)。在一次運(yùn)算中，操作數(shù)和運(yùn)算結(jié)果通過(guò)數(shù)據(jù)總線，在寄存器和運(yùn)算部件之間傳送?；咀珠L(zhǎng)反映了寄存器、運(yùn)算部件和數(shù)據(jù)總線的位數(shù)?；咀珠L(zhǎng)越大，要求寄存器的位數(shù)就越大，那么操作數(shù)的位數(shù)就越多。

基本字長(zhǎng)還決定計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度。例如，對(duì)一個(gè)基本字長(zhǎng)為8位的計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，原則上操作數(shù)只能為8位。如果操作數(shù)超過(guò)8位，則必須分次計(jì)算，因此理論上8位機(jī)的運(yùn)算速度自然沒(méi)有更高位機(jī)（如16位、32位或64位）的運(yùn)算速度快。

基本字長(zhǎng)還決定硬件成本。基本字長(zhǎng)越大，相應(yīng)的部件和總線的位數(shù)據(jù)也會(huì)增多，相應(yīng)的硬件設(shè)計(jì)和制造成本就會(huì)呈現(xiàn)幾何級(jí)數(shù)量增加。因此，必須較好地協(xié)調(diào)計(jì)算精度與硬件成本的制約關(guān)系，針對(duì)不同的需求開(kāi)發(fā)不同的計(jì)算機(jī)。

基本字長(zhǎng)甚至決定指令系統(tǒng)的功能。一條機(jī)器指令既包含了由硬件必須完成的操作任務(wù)，也包含操作數(shù)的值或存儲(chǔ)位置以及操作結(jié)果的存儲(chǔ)位置。機(jī)器指令需要在各部件間進(jìn)行傳遞。因此，基本字長(zhǎng)直接決定了硬件能夠直接識(shí)別的指令的總數(shù)，進(jìn)而決定了指令系統(tǒng)的功能。

2、運(yùn)算速度

運(yùn)算速度表示計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)值運(yùn)算的快慢程度。決定計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度的主要因素是CPU的主頻。主頻是CPU內(nèi)部的石英振蕩器輸出的脈沖序列的頻率。它是計(jì)算機(jī)中一切操作所依據(jù)的時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)。主頻脈沖經(jīng)分頻后所形成的時(shí)鐘脈沖序列的頻率稱為CPU的時(shí)間頻率。

兩個(gè)相鄰時(shí)鐘頻率之間的間隔時(shí)間為一個(gè)時(shí)間周期時(shí)間。它是CPU完成一步操作所需的時(shí)間。因此時(shí)鐘頻率也反映CPU的運(yùn)算速度，而如何提高時(shí)鐘頻率成為CPU研發(fā)時(shí)所要解決的主要問(wèn)題。

例如，Intel8088的時(shí)鐘頻率為4.77MHz，80386的時(shí)鐘頻率提高到33MHz，8